Процессы в контактах и контактных соединениях

Электрическимконтактом называется соприкосновение двух или более проводников, обеспечивающее переход тока из одного проводника в другой. Наличие электрического контакта называется контактированием. Детали, участвующие в создании электрического контакта, называются контакт-деталямиили контактами.

Совокупность контактных элементов, соединенных между собой любым способом, называется контактным соединением.

Контакты делятся на коммутирующие (размыкающиеся) и неразмыкающиеся. Коммутирующие контакты состоят из двух частей – неподвижного иподвижного контактов. По конструктивному исполнению контакты делятся (рис. 8.2) на:

- пластинчатые;

- торцевые (стыковые);

- врубные;

- розеточные;

- роликовые.

Пластинчатые контакты выполняют в виде гибких пластин, их применяют в слаботочных аппаратах, например, в реле. Торцевые контакты осуществляют контактирование торцом контакт-детали. Врубные контакты выполняютсяв виде жестких пластин. Применяются в сильноточных аппаратах, например, вразъединителях. Розеточный контакт имеет подвижный контактный стержень иряд сегментов (ламелей), образующих неподвижный контакт. Розеточные контакты находят применение в малообъемных масляных выключателях на напряжение 10 кВ. В роликовых контактах один из контактов, подвижный или неподвижный, выполнен в виде ролика.

Рис. 8.2. Конструктивные исполнения контактов электрических аппаратов: а) пластинчатый; б) поворотный с гибкой

связью; в) торцевой; г) врубной: 1 – неподвижный контакт;

2 – подвижный контакт; 3 – пружина; 4 – гибкая связь; 5 – неподвижная часть: l – раствор контактов; l1 – провал контактов

На рис 8.2. неподвижные контакты 1, закрепленные на неподвижной части 5, создают контактное соединение с подвижными контактами 2. Нажатие в

контактном соединении создается пружинами 3. Надежное проведение тока

может осуществляться через гибкую связь 4. В разомкнутом положении между подвижным и неподвижным контактом создается промежуток l, называемый раствором контактов. В замкнутом положении имеется провал контактов l₁ – минимальное расстояние, которое проходит подвижный контакт 2 после его соприкосновения с неподвижным контактом 1 за счет сжатия пружины 3.

Поверхности проводников, через которые осуществляется переход тока

из одного проводника в другой, называют контактными поверхностями.

По виду контактных поверхностей контакты делят на три типа: точечные, линейные и плоскостные (рис. 11.3). При точечном контакте контактирование осуществляется в одной точке (например, сфера – сфера, сфера – плоскость, конус – плоскость). При линейном контакте контактирование происходит по линии (цилиндр – цилиндр, цилиндр – плоскость). При плоскостном контакте контактирование происходит по плоскости.

Рис. 11.3. Типы контактов: а) точечный, б) линейный, в) плоскостной

Для надежногоконтактирования контакты снабжаются пружинами, создающими контактное нажатие в местах контактирования. Контактным нажатием называется сила, с которой подвижный и неподвижный контакты прижимаются друг к другу в замкнутом состоянии.

Контактные поверхности даже при тщательной обработке обладают шероховатостью, из-за чего контактирование между контактами осуществляется только в отдельных точках. Переход тока из одного контакта в другой представлен на рис. 8.4.

Рис. 11.4. Характер перехода тока из одного контакта в другой

Под действием силы контактного нажатия выступы шероховатых поверхностей деформируются, увеличивая площадки контактирования. Площадка контактирования может быть определена по формуле

где R_к– переходное сопротивление контакта; k–коэффициент, зависящий от материала и состояния контактных поверхностей; m–коэффициент,зависящий от типа контакта и количества точек контактирования. Значенияkиmпринимаются по справочникам.

Электрическая дуга.При размыкании электрических контактов под нагрузкой, при определенных значениях тока и напряжения, которые превосходяткритические значения, происходит ионизация воздушного промежутка междуконтактами. Воздушный промежуток становится токопроводящим. На контактах возникает электрическая дуга. Электрическая дуга представляет собой видэлектрического разряда в газах, который сопровождается большой плотностьютока и высокой температурой. Это может привести к оплавлению контактов, кпробою воздушного промежутка не только между размыкаемыми контактами,но и между соседними полюсами. Поэтому электрическую дугу в коммутационных аппаратах стремятся как можно быстрее погасить. В то же время электрическую дугу, применяемую для сварки металлов, стремятся как можнодольше поддерживать без погасания.

Процесс разряда в газовом промежутке и его развитие в электрическуюдугу можно разделить на три этапа – тлеющий разряд, переход в дуговой разряди электрическая дуга. Дуговой разряд характеризуется малым падением напряжения у электродов (10 – 20 В) и большой плотностью тока. В связи с ростомтока падение на дуге сначала падает, а затем остается неизменным.

При самостоятельном дуговом разряде наблюдается неравномерное распределение напряжения в межконтактном пространстве.

Ствол дуги наряду с заряженными частицами газа содержит частицы расплавленного высокой температурой металла электродов (контактов). Ионизированный газ в межэлектродном промежутке, содержащий положительные иотрицательные заряды в равной концентрации и расплавленные частицы металла называют плазмой. Выглядит электрическая дуга в виде ярко светящегосяшнура. Электрическая дуга сопровождается высокой температурой и яркимсвечением.

Процесс горения дуги делится на три этапа – зажигание, устойчивое горение и гашение дуги. Напряжение гашения дуги ниже напряжения зажигания.

Дуга гасится за счет интенсивного охлаждения, т.е. усиления процессовдеионизации. Отвод теплоты от дуги зависит от теплопроводности и подвижности газа, в котором горит дуга. Процессы гашения дуги постоянного и переменного тока различны. Электрическая дуга постоянного тока устойчиво горит приопределенных значениях напряжения, тока и расстояния между контактами, которое называется критической длиной дуги.

Гашению электрической дуги способствуют следующие условия: быстроеувеличение расстояния между контактами, повышение давления газа в объеме,в котором горит дуга, соприкосновение дуги с твердыми изолирующими стенками в камере с узкой щелью, что приводит к ее интенсивному охлаждению,магнитное дутье вдоль дуги.В системах электроснабжения сельского хозяйства практически применяется трехфазный переменный ток, в котором при гашении дуги переменноготока каждый полупериод проходит через нулевое значение. В эти моментыпрекращается выделение энергии в дуге. Если в бестоковую паузу быстро разомкнуть контакты и развести их на достаточное расстояние, при котором неможет произойти электрического пробоя, то цепь будет отключена. Практически это сделать невозможно, поэтому применяют специальные меры гашения дуги.

Увеличение длины дуги за счет быстрого расхождения контактов применяется для гашения дуги. Дуга большей длины требует большего напряжения,которое практически не изменяется и дуга гаснет.

Гашение дуги охлаждением в узких щелях применяется в аппаратах всехнапряжений. Наиболее часто применяют камеры с продольными щелями, оськоторых совпадает по направлению с осью ствола дуги. Щель образуется дугостойкими изоляционными материалами. Дуга при соприкосновении с холодными поверхностями изоляционных деталей охлаждается и гаснет. Иногда вместес гашением дуги в узкой щели применяют магнитное дутье.

Автоматические выключатели.Наиболее распространенными аппаратами распределения электроэнергии при напряжении до 1000 В являются автоматические выключатели. Автоматические выключатели низкого напряженияпредназначены для проведения и оперативной коммутации токов в нормальномрежиме. Они предназначаются также для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (коротких замыканий и перегрузок, снижения и исчезновения напряжения, изменения направления тока игашения магнитного поля мощных генераторов).

Автоматические выключатели применяются в цепях переменного и постоянного тока. Они устанавливаются в распределительных устройствах низкого напряжения трансформаторных подстанций, в комплектных распределительных пунктах низкого напряжения и непосредственно у электроприемников.

В зависимости от их назначения и области применения автоматические

выключатели делятся на:

- селективные и неселективные. Селективные выключатели обеспечивают избирательность защиты от сверхтоков. Выключатели, находящиеся ближек источнику питания, должны срабатывать при автоматическом отключении снекоторой выдержкой времени;

- токоограничивающие и нетокоограничивающие. Токоограничивающие

выключатели срабатывают до достижения максимального значения тока КЗ.

Время срабатывания нетокоограничивающих выключателей составляет

20–40 мс, токоограничивающих – менее 10 мс;

- быстродействующие и небыстродействующие. Быстродействие обеспечивается конструкцией контактной системы или электропривода, а также условиями для быстрого гашения электрической дуги;

- автоматические выключатели обратного тока, срабатывающие только

при изменении направления тока в защищаемой цепи.

По виду привода контактной системы выключатели делятся:

- с ручным приводом;

- с двигательным (электродвигательным, электромагнитным).

По числу полюсов: одно-, двух- и трехполюсные.

Выключатели для автоматического отключения снабжаются расцепителями:

- тепловыми;

- электромагнитными;

- электронными (полупроводниковыми).

Расцепитель является основным встроенным элементом выключателя, который контролирует состояние цепи и выдает команду на отключение при наличии ненормальных режимов. Электромагнитные расцепителивыполняютфункции защиты цепи от больших перегрузок по току или от КЗ. Тепловые расцепителипредназначены для защиты в области перегрузок, в 1,15÷1,35 раз превышающих номинальный ток. Полупроводниковые расцепителиимеют широкий спектр выполняемых защитных функций (защита от КЗ, перегрузок потоку) с большими возможностями регулировки.

Минимальные и нулевые расцепителивыполняют защитные функции отпонижения напряжения в сети. Например, минимальныйрасцепитель обеспечивает отключение выключателя при напряжении 70÷35% номинального, а

нулевой расцепитель–при 35÷10% номинального. Минимальные расцепителичасто используются для дистанционного отключения выключателя.

Независимые расцепители служат для дистанционного управления (отключения) автоматическим выключателем.

Автоматические выключатели характеризуются следующими основными

характеристиками:

- номинальным напряжением;

- номинальным током;

- номинальным током отключения;

- номинальным током расцепителя. Номинальным током расцепителяназывается наибольший ток, при длительном прохождении которого не наступает срабатывания расцепителя;

Автоматический выключатель (ВА) до 1000В (автоматы электрические) предназначен для отключения от сети электроприборов (осветительных приборов, двигателей, трансформаторов, бытовых приборов и т.п.) при возникновении сверхбольших токов (токов короткого замыкания).

Автоматические выключатели устанавливают на DIN-рейке в щите (пластиковом или металлическом) расположенном на фасаде дома, у входа в квартиру или на лестничной площадке.

Для того, чтоб правильно подобрать ВА воспользуйтесь статьёй и специальным калькулятором, который рассчитает вам ток цепи для определения номинального тока ВА. В случае если вы сомневаетесь в выборе лучше всего будет вызвать электрика.

К лучшим фирмам выпускающим автоматические выключатели относятся: SchneiderElectric, ABB, Legrand, GeneralElectric, Moeller.